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今日Science：白石墨烯里程碑，晶片級單晶hBN膜橫空出世

2018-11-16 11:35:05 作者：Zq.Chen 來源：材料人分享至：

【引言】

六方氮化硼（hBN）被稱為白色石墨烯，由交替的六邊形B原子和N原子組成的原子級平面層組成，它們通過層間范德華相互作用結合在一起。與石墨烯極佳的導電性不同的是，hNB具有極其優異的絕緣性能，這使得其在各種基礎科學和技術領域發揮重要作用，例如，作為電荷波動、接觸電阻、柵極電介質、鈍化層和原子隧穿層。盡管微米尺寸的多晶hBN已經實現并被用于基礎研究，但晶片級單晶hBN （SC-hBN）薄膜還不能用于實際應用。合成SC-hBN膜的一種方法是從隨機取向的三角形顆粒開始，并最終將它們合并以形成多晶hBN （PC-hBN）膜。然而，隨機取向的hBN晶粒之間的晶界不可避免地產生PC-hBN薄膜，并且在PC-hBN中大量的晶界導致電荷散射，位點捕獲，阻礙了高性能電子器件的發展。因此，期望科研人員獲得SC-hBN膜的替代方案。

【成果簡介】

今日，來自韓國成均館大學的Young Hee Le，東國大學的Ki Kang Kim以及KIST研究院的Soo Min Kim（共同通訊）聯合在Science上發表文章，題為“Wafer-scale single-crystal hexagonal boron nitride film via self-collimated grain formation”。作者報道了一種通過化學氣相沉積合成晶片級單晶hBN （SC-hBN）單層膜的方法。硼（B）和氮（N）原子在液態金中的有限溶解度促進了高溫下原子在液體表面的高度擴散，從而產生圓形hBN顆粒。這些晶粒通過晶粒間靜電相互作用所形成的B和N邊的自準直進一步演化為緊密排列的密堆積晶粒，最終在晶圓尺度上形成SC-hBN薄膜。這種SC - HBn膜還能夠合成晶片級石墨烯/ hBN質結構和單晶二硫化鎢。

【圖文導讀】

圖1. 單晶hBN薄膜的合成

圖2. SC-hBN 薄膜的原子結構

圖3. SC-Gr/hBN 異質結和單晶WS2膜的垂直生長

圖4. 晶片級SC-hBN film薄膜的防銅氧化和水蒸氣阻隔保護層應用

【總結】

總之，作者采用能夠自調節的圓形hBN晶粒之間的自準直的方法合成了無晶界的SC-hBN薄膜。關鍵步驟是圓形hBN顆粒在液態Au襯底上發生旋轉，由每個顆粒周圍的B原子和N原子之間的吸引靜電相互作用調節，最終導致hBN薄膜在晶片上的單晶生長。SC-hBN薄膜是石墨烯/hBN異質結構和WS2薄膜在晶片規模上單晶生長的有前景的襯底。作者合成SC-hBN薄膜的策略為其他2D材料及其異質結構在晶片上的單晶生長開辟了新的道路。

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責任編輯：韓鑫

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